모래시계

소개

실험목적
1.주기1년짜리 모래시계를 만들기 위한 방법 즉 필요한 모래의 질량을 알아본다.
2.모래 대신 물을 사용하여 같은 실험을 한 후, 모래와 물의 차이점을 생각해본다.
3.물은 모래시계처럼 사용할 수 없는지, 물과 모래의 차이점은 무엇인지 알아본다.

목차

1.서론
2.이론적배경
3.실험내용
4.결론

본문내용

Ⅱ.이론적 배경
현재 브룩헤이븐 국립 연구소에서 근무하는 퍼 박 박사는 한줌의 모래가 만들어내는 패턴 속에서 ‘스스로 짜여진 고비성’(Self-organized criticality)이라는 현상을 발견해 일약 스타가 된 덴마크 물리학자다. 바닥을 깨끗이 정리한 후 모래를 일정한 속도로 조금씩 쏟아 부어보자. 그러면 모래들은 자신이 처음 떨어진 곳에 그대로 멈춰 조금씩 쌓이면서 산 모양의 작은 모래더미를 만든다. 시간이 흘러 모래더미가 어느 정도 경사를 이루게 되면, 모래 알갱이들은 경사면을 타고 조금씩 흘러내리게 된다. 규모가 작은 산사태가 일어나는 것이다. 모래를 더 많이 부을수록 흘러내리는 모래의 양은 많아지고 산사태의 규모도 커진다. 일정한 속도로 모래를 계속 부어주면 쏟아지는 모래와 산사태로 떨어지는 모래의 양이 평균적으로 균형을 이루면서 모래더미가 지면과 일정한 각도를 가진 더미를 이루게 된다. 이때 만들어진 각도를 ‘멈춤각’이라 부른다. 흥미로운 것은 멈춤각이 모래더미의 크기와는 상관없이 모래의 특성에 따라 항상 일정한 값을 가지며, 모래를 아무리 더 부어도 모래더미는 스스로 일정한 각도의 모래더미를 계속 유지하려고 한다는 사실이다. 멈춤각보다 작으면 모래가 계속 쌓이고, 멈춤각보다 크면 옆으로 흘러내려서 일정한 각도의 모래더미를 계속 유지한다는 것이다. 이 상태를 ‘고비상태’(critical state)라고 부른다. 시카고 대학 하인리히 재거 교수와 그 동료들이 전자현미경을 이용해 모래더미의 경사면을 촬영한 결과, 모래더미가 위치에 따라 서로 다른 성질을 나타낸다는 사실을 알아냈다. 모래를 계속 쏟아 부으면, 모래더미 경사면의 얇은 위층은 마치 액체처럼 흘러내리고, 안쪽은 고체처럼 고정된 상태를 유지한다. 이것은 알갱이들이 쌓여있는 경우 ‘정적인 마찰력’(static friction)에 의해 고체처럼 형태를 유지하려는 특성 때문인데, 이 현상을 처음 발견한 사람은 약 1백50년 전 과학자 쿨롬이었다.
기원전 3세기경부터 사용됐다고 추정되는 모래시계는 일정한 속도로 떨어지는 한 줌의 모래 속에 덧없는 시간의 흐름을 담아내는 장치다.

참고자료

· 없음